引言

捻線(xiàn)機(jī)是玻璃纖維生產(chǎn)線(xiàn)上的關(guān)鍵設(shè)備之一，捻線(xiàn)機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)以及適應(yīng)生產(chǎn)工藝的多樣化是生產(chǎn)線(xiàn)的必要條件，工控自動(dòng)化是滿(mǎn)足這些條件的必要保障。因此，控制系統(tǒng)是玻璃纖維捻線(xiàn)機(jī)關(guān)鍵技術(shù)的重要環(huán)節(jié)之一。傳統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)備由于老化或者自動(dòng)化程度較低，不能滿(mǎn)足行業(yè)發(fā)展的需要，必須對(duì)其進(jìn)行技術(shù)改造。

用PLC做控制系統(tǒng)核心，成本低、穩(wěn)定性高，程序編寫(xiě)和調(diào)試也比較方便。但PLC在人機(jī)對(duì)話(huà)、故障判斷、在線(xiàn)修改等方面有些不便，需要對(duì)編程非常熟悉的專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行操作。并且，想要直觀地了解生產(chǎn)過(guò)程和監(jiān)控信號(hào)的動(dòng)態(tài)變化必須選擇一個(gè)上位機(jī)來(lái)配合PLC，才能組成較好的自動(dòng)控制系統(tǒng)。因此，本系統(tǒng)采用觸摸屏與PLC通信，共同組成生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)主要由觸摸屏、可編程控制器PLC、開(kāi)關(guān)電源、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)、變頻器、三相異步電動(dòng)機(jī)等構(gòu)成，其配置如圖1所示?？刂葡到y(tǒng)主要利用程序控制鋼領(lǐng)板運(yùn)行的速度、方向、位移，達(dá)到控制成形。

圖1 系統(tǒng)配置框圖

觸摸屏作為人機(jī)界面可以進(jìn)行工藝參數(shù)的設(shè)定、運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控等?？删幊炭刂破魇钦麄€(gè)控制系統(tǒng)的核心。它將工藝參數(shù)存儲(chǔ)并通過(guò)一定的控制算法控制變頻器的運(yùn)行狀態(tài)以及步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。開(kāi)關(guān)電源為觸摸屏、PLC、步進(jìn)電機(jī)（包括接近開(kāi)關(guān)、按鈕、中間繼電器）等提供工作電源。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器將可編程控制器給定的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換和放大驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)工作。步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行單元通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)主要完成捻線(xiàn)機(jī)鋼領(lǐng)板的升降動(dòng)作。變頻器通過(guò)可編程控制器控制運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)內(nèi)部參數(shù)的設(shè)定，可以調(diào)整運(yùn)行的頻率，從而控制三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和工作頻率。

三相異步電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行單元通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)主要完成錠子以及羅拉的傳動(dòng)。

2 EView觸摸屏和PLC通信

本設(shè)計(jì)采用EView MTS000工業(yè)嵌入式觸摸屏人機(jī)界面。在MTS000組態(tài)軟件中定義串口類(lèi)設(shè)備s7.200PLC，串口號(hào)為COM.。設(shè)備定義結(jié)束后，定義I／0實(shí)型變量和離散變量，分別與設(shè)備輸入寄存器和輸出寄存器連接，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)量的控制口。觸摸屏與PLC的連接如圖2所示，并且按表1所示設(shè)置觸摸屏中的通信參數(shù)。

圖2 硬件連接圖

3 MT5000組態(tài)軟件

MTS000中用“工程”來(lái)表示組態(tài)軟件組態(tài)生成的應(yīng)用系統(tǒng)。創(chuàng)建一個(gè)新工程就是創(chuàng)建一個(gè)新的用戶(hù)應(yīng)用系統(tǒng)。建立工程的一般步驟為：構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(kù)（定義變量）_+定義設(shè)備一設(shè)計(jì)圖形界面一建立動(dòng)畫(huà)連接。+運(yùn)行和調(diào)試。但是，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，它們不是獨(dú)立的，而是交替進(jìn)行的，需要綜合考慮。首先，創(chuàng)建一個(gè)新工程，定義路徑和名稱(chēng)，在設(shè)備選項(xiàng)中選定一個(gè)COM口，進(jìn)行PLC連接。MTS000提供的設(shè)備連接向?qū)?duì)話(huà)框列出了工業(yè)生產(chǎn)常用的一些硬件設(shè)備（如PLC、板卡、智能儀表、變頻器等），并且已經(jīng)根據(jù)這些常用設(shè)備各自的通信協(xié)議制作了相應(yīng)的通信協(xié)議，使應(yīng)用人員從繁瑣的底層驅(qū)動(dòng)程序中解脫出來(lái)。選擇了西門(mén)子公司S7.200系列PLC后，選擇通信方式，并給定設(shè)備名稱(chēng)和地址，還要設(shè)置采樣時(shí)間和通信參數(shù)。

然后，進(jìn)行動(dòng)畫(huà)畫(huà)面的設(shè)計(jì)和變量的定義。雙擊數(shù)據(jù)詞典，定義和編寫(xiě)系統(tǒng)所有變量。變量可以設(shè)為只讀、只寫(xiě)和讀／寫(xiě)模式。對(duì)于既要采集PLC狀態(tài)，又要實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC的遠(yuǎn)程控制的變量設(shè)置為讀／寫(xiě)模式，而不需要向PLC發(fā)送命令的變量設(shè)置為只讀，這樣可以節(jié)省PLC掃描時(shí)間、加快系統(tǒng)進(jìn)程、提高PLC效率。

繪制圖形畫(huà)面時(shí)，雙擊畫(huà)面選項(xiàng)，在彈出的繪圖環(huán)境下繪制與捻線(xiàn)機(jī)相對(duì)應(yīng)的監(jiān)控畫(huà)面。系統(tǒng)監(jiān)控的設(shè)備較多，為更清楚明了地顯示不同設(shè)備的各個(gè)參數(shù)，需要繪制多幅畫(huà)面，既方便顯示又方便現(xiàn)場(chǎng)操作員進(jìn)行控制。

主畫(huà)面里利用ShowPicture（畫(huà)面名）函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)其他畫(huà)面的調(diào)用。繪制完流程畫(huà)面后，將系統(tǒng)與要監(jiān)控的參數(shù)和畫(huà)面中的變量一一對(duì)應(yīng)起來(lái)。這樣HMI組態(tài)基本完成。

4 組態(tài)界面設(shè)計(jì)及功能介紹

在MTS000組態(tài)軟件中編制系統(tǒng)的組態(tài)界面。根據(jù)本系統(tǒng)的特點(diǎn)及實(shí)際使用情況，界面設(shè)計(jì)由系統(tǒng)開(kāi)機(jī)歡迎、上電提示、零點(diǎn)調(diào)整和查詢(xún)（總程、動(dòng)程、升速、降速、級(jí)升、滑行）、方式設(shè)置的修改和查詢(xún)（成形方式、停車(chē)方式、回零方式）、數(shù)據(jù)的修改和查詢(xún)（計(jì)長(zhǎng)長(zhǎng)度、羅拉直徑、高度系數(shù)、手動(dòng)速度、回零速度）等界面組成。這里給出了零點(diǎn)調(diào)整界面和數(shù)據(jù)設(shè)置界面，分別如圖3、圖4所示。

圖3 零點(diǎn)調(diào)整界面

零點(diǎn)調(diào)整界面動(dòng)態(tài)顯示紗線(xiàn)的高度及長(zhǎng)度。并動(dòng)畫(huà)顯示紗線(xiàn)的成形過(guò)程。不同的紗型具有不同的動(dòng)畫(huà)顯示過(guò)程。數(shù)據(jù)設(shè)置采用彈出數(shù)字小鍵盤(pán)的形式進(jìn)行數(shù)據(jù)的設(shè)置和修改。整個(gè)界面設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單易懂。一目了然。使操作人員不需要專(zhuān)業(yè)知識(shí)，隨著操作提示和幫助，首次操作就可以基本獨(dú)立地進(jìn)行工作。

圖4 數(shù)據(jù)設(shè)置界面

5 PLC程序設(shè)計(jì)

PLC的主要輸入/輸出端口定義以及PLC寄存器單元分配分別如表2、3所示：

為方便地增加或刪減程序模塊，同時(shí)也便于針對(duì)不同程序模塊進(jìn)行完善，程序設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC程序流程圖如圖5所示：

圖5 程序流程圖

結(jié)語(yǔ)

實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明，玻璃纖維捻線(xiàn)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)采用EasyView觸摸屏，簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，大大地提高了控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控性，有效地降低了生產(chǎn)成本；PLC控制捻線(xiàn)機(jī)的運(yùn)行和紗線(xiàn)的成形，達(dá)到了預(yù)期的控制效果，提高了生產(chǎn)效率。